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函數(shù)是中學(xué)數(shù)學(xué)的核心內(nèi)容,函數(shù)也是一個(gè)重點(diǎn)和難點(diǎn)。中公教育專家通過(guò)函數(shù)自身的對(duì)稱性和不同函數(shù)之間的對(duì)稱性這兩個(gè)方面來(lái)探討函數(shù)與對(duì)稱有關(guān)的性質(zhì)。
一、函數(shù)自身的對(duì)稱性探究
定理1、函數(shù) y = f (x)的圖像關(guān)于點(diǎn)A (a ,b)對(duì)稱的充要條件是
f (x) + f (2a-x) = 2b
證明:(必要性)設(shè)點(diǎn)P(x ,y)是y = f (x)圖像上任一點(diǎn),∵點(diǎn)P( x ,y)關(guān)于點(diǎn)A (a ,b)的對(duì)稱點(diǎn)P‘(2a-x,2b-y)也在y = f (x)圖像上,∴ 2b-y = f (2a-x)
即y + f (2a-x)=2b故f (x) + f (2a-x) = 2b,必要性得證。
(充分性)設(shè)點(diǎn)P(x0,y0)是y = f (x)圖像上任一點(diǎn),則y0 = f (x0)
∵ f (x) + f (2a-x) =2b∴f (x0) + f (2a-x0) =2b,即2b-y0 = f (2a-x0) 。
故點(diǎn)P‘(2a-x0,2b-y0)也在y = f (x) 圖像上,而點(diǎn)P與點(diǎn)P‘關(guān)于點(diǎn)A (a ,b)對(duì)稱,充分性得征。
推論:函數(shù) y = f (x)的圖像關(guān)于原點(diǎn)O對(duì)稱的充要條件是f (x) + f (-x) = 0
定理2、 函數(shù) y = f (x)的圖像關(guān)于直線x = a對(duì)稱的充要條件是
f (a +x) = f (a-x) 即f (x) = f (2a-x) (證明留給讀者)
推論:函數(shù) y = f (x)的圖像關(guān)于y軸對(duì)稱的充要條件是f (x) = f (-x)
定理3、①若函數(shù)y = f (x) 圖像同時(shí)關(guān)于點(diǎn)A (a ,c)和點(diǎn)B (b ,c)成中心對(duì)稱(a≠b),則y = f (x)是周期函數(shù),且2| a-b|是其一個(gè)周期。
②若函數(shù)y = f (x) 圖像同時(shí)關(guān)于直線x = a 和直線x = b成軸對(duì)稱 (a≠b),則y = f (x)是周期函數(shù),且2| a-b|是其一個(gè)周期。
③若函數(shù)y = f (x)圖像既關(guān)于點(diǎn)A (a ,c) 成中心對(duì)稱又關(guān)于直線x =b成軸對(duì)稱(a≠b),則y = f (x)是周期函數(shù),且4| a-b|是其一個(gè)周期。
①②的證明留給讀者,以下給出③的證明:
∵函數(shù)y = f (x)圖像既關(guān)于點(diǎn)A (a ,c) 成中心對(duì)稱,
∴f (x) + f (2a-x) =2c,用2b-x代x得:
f (2b-x) + f [2a-(2b-x) ] =2c………………(*)
又∵函數(shù)y = f (x)圖像直線x =b成軸對(duì)稱,
∴ f (2b-x) = f (x)代入(*)得:
f (x) = 2c-f [2(a-b) + x]…………(**),用2(a-b)-x代x得
f [2 (a-b)+ x] = 2c-f [4(a-b) + x]代入(**)得:
f (x) = f [4(a-b) + x],故y = f (x)是周期函數(shù),且4| a-b|是其一個(gè)周期。
二、不同函數(shù)對(duì)稱性的探究
定理4、函數(shù)y = f (x)與y = 2b-f (2a-x)的圖像關(guān)于點(diǎn)A (a ,b)成中心對(duì)稱。
定理5、①函數(shù)y = f (x)與y = f (2a-x)的圖像關(guān)于直線x = a成軸對(duì)稱。
②函數(shù)y = f (x)與a-x = f (a-y)的圖像關(guān)于直線x +y = a成軸對(duì)稱。
③函數(shù)y = f (x)與x-a = f (y + a)的圖像關(guān)于直線x-y = a成軸對(duì)稱。
定理4與定理5中的①②證明留給讀者,現(xiàn)證定理5中的③
設(shè)點(diǎn)P(x0 ,y0)是y = f (x)圖像上任一點(diǎn),則y0 = f (x0)。記點(diǎn)P( x ,y)關(guān)于直線x-y = a的軸對(duì)稱點(diǎn)為P‘(x1, y1),則x1 = a + y0 , y1 = x0-a ,∴x0 = a + y1 , y0= x1-a 代入y0 = f (x0)之中得x1-a = f (a + y1) ∴點(diǎn)P‘(x1, y1)在函數(shù)x-a = f (y + a)的圖像上。
同理可證:函數(shù)x-a = f (y + a)的圖像上任一點(diǎn)關(guān)于直線x-y = a的軸對(duì)稱點(diǎn)也在函數(shù)y = f (x)的圖像上。故定理5中的③成立。
推論:函數(shù)y = f (x)的圖像與x = f (y)的圖像關(guān)于直線x = y 成軸對(duì)稱。
三、三角函數(shù)圖像的對(duì)稱性列表
函數(shù)對(duì)稱中心坐標(biāo)對(duì)稱軸方程
y = sin x( kπ, 0 )x = kπ+π/2
y = cos x( kπ+π/2 ,0 )x = kπ
y = tan x(kπ/2 ,0 )無(wú)
注:①上表中k∈Z
②y = tan x的所有對(duì)稱中心坐標(biāo)應(yīng)該是(kπ/2 ,0 ),也有相關(guān)專家認(rèn)為y = tan x的所有對(duì)稱中心坐標(biāo)是( kπ, 0 ),這明顯是錯(cuò)的。
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